تلقى أحد أهم مواضيع الفيزياء الفلكية حاليًا - البحث عن الكواكب الشبيهة بالأرض حول النجوم الأخرى - زخمًا مهمًا من الملاحظات الطيفية الجديدة باستخدام أداة MIDI في مقياس التداخل ESO VLT (VLTI).
حصل فريق دولي من علماء الفلك [2] على أطياف فريدة من الأشعة تحت الحمراء من الغبار في المناطق الداخلية من الأقراص الكوكبية الأولية حول ثلاثة نجوم شابة - الآن في حالة ربما تشبه إلى حد كبير حالة نظامنا الشمسي في التصنيع ، حوالي 4500 قبل مليون سنة.
من خلال الإبلاغ في عدد هذا الأسبوع من مجلة Nature العلمية ، وبفضل النظرة غير المسبوقة والحادة والاختراق لقياس التداخل ، أظهروا أنه في جميع العناصر الثلاثة ، توجد المكونات الصحيحة في المكان المناسب لبدء تشكيل الكواكب الصخرية في هذه النجوم.
"الرمل" في المناطق الداخلية من الأقراص النجمية
ولدت الشمس منذ حوالي 4500 مليون سنة من سحابة باردة وواسعة من الغاز والغبار بين النجوم التي انهارت تحت جاذبيتها الخاصة. كان هناك قرص مغبر حول النجم الشاب ، حيث تم تشكيل الأرض والكواكب الأخرى ، بالإضافة إلى المذنبات والكويكبات.
لقد ولت هذه الحقبة منذ فترة طويلة ، لكننا ما زلنا نشهد نفس العملية من خلال مراقبة انبعاث الأشعة تحت الحمراء من النجوم الصغيرة جدًا والأقراص المتربة الكواكب حولها. ومع ذلك ، لم تسمح الأجهزة المتاحة حتى الآن بدراسة توزيع المكونات المختلفة للغبار في هذه الأقراص ؛ حتى أقربها معروفًا بعيدًا جدًا عن أفضل المقاريب الفردية لحلها. ولكن الآن ، كما أوضح فرانشيسكو بريس ، عالم المشروع لمقياس التداخل VLT وعضو فريق ESO ، "باستخدام VLTI ، يمكننا الجمع بين الضوء من مقاريب كبيرتين منفصلتين جيدًا للحصول على دقة زاوية غير مسبوقة. وقد سمح لنا هذا ، للمرة الأولى ، بالتحديق مباشرة في المنطقة الداخلية من الأقراص حول بعض النجوم الصغيرة القريبة ، في المكان الذي نتوقع فيه تشكيل كواكب مثل الأرض أو ستتشكل قريبًا ".
على وجه التحديد ، حققت عمليات المراقبة الجديدة التداخلية لثلاثة نجوم شابة من قبل فريق دولي [2] ، باستخدام الطاقة المجمعة لتلسكوبين VLT بطول 8.2 م على بعد مائة متر ، حدة صورة كافية (حوالي 0.02 قوس قوسي) لقياس انبعاث الأشعة تحت الحمراء من المنطقة الداخلية للأقراص حول ثلاث نجوم (تتوافق تقريبًا مع حجم مدار الأرض حول الشمس) والانبعاث من الجزء الخارجي لتلك الأقراص. قدمت أطياف الأشعة تحت الحمراء المقابلة معلومات حاسمة حول التركيب الكيميائي للغبار في الأقراص وأيضًا حول متوسط حجم الحبوب.
تشير هذه الملاحظات الرائدة إلى أن الجزء الداخلي من الأقراص غني جدًا بحبيبات السيليكات البلورية ("الرمل") ويبلغ متوسط قطرها حوالي 0.001 مم. وتتكون عن طريق تجلط حبيبات الغبار غير المتبلورة الأصغر حجمًا والتي كانت موجودة في كل مكان في السحابة بين النجوم التي ولدت النجوم وأقراصها.
تظهر الحسابات النموذجية أن الحبوب البلورية يجب أن تكون موجودة بكثرة في الجزء الداخلي من القرص في وقت تكوين الأرض. في الواقع ، تتكون النيازك في نظامنا الشمسي بشكل رئيسي من هذا النوع من السيليكات.
عالم الفلك الهولندي رينز ووترز ، عضو فريق المعهد الفلكي بجامعة أمستردام ، متحمس: "مع كل المكونات في مكانها وتكوين الحبوب الكبيرة من الغبار بدأ بالفعل ، تم تشكيل قطع أكبر وأكبر من الحجارة وأخيرًا ، لا يمكن تجنب الكواكب الشبيهة بالأرض من هذه الأقراص تقريبًا! "
تحويل الحبوب
من المعروف منذ بعض الوقت أن معظم الغبار في الأقراص حول النجوم حديثي الولادة يتكون من سيليكات. في سحابة الولادة يكون هذا الغبار غير متبلور ، أي أن الذرات والجزيئات التي تتكون منها حبيبة الغبار يتم تجميعها بطريقة فوضوية ، والحبيبات ناعمة وصغيرة جدًا ، وعادة ما يكون حجمها حوالي 0.0001 ملم. ومع ذلك ، بالقرب من النجم الشاب حيث تكون درجة الحرارة والكثافة أعلى ، تميل جزيئات الغبار في القرص المحيطي إلى الالتصاق معًا حتى تصبح الحبوب أكبر. علاوة على ذلك ، يتم تسخين الغبار عن طريق الإشعاع النجمي ، مما يؤدي إلى إعادة ترتيب الجزيئات في الحبوب في أنماط هندسية (بلورية).
وبناءً على ذلك ، فإن الغبار الموجود في مناطق القرص الأقرب إلى النجم يتحول قريبًا من الحبوب "البكر" (الصغيرة وغير المتبلرة) إلى الحبوب "المعالجة" (الأكبر والبلورية).
ستكشف الملاحظات الطيفية لحبيبات السيليكات في منطقة الطول الموجي منتصف الأشعة تحت الحمراء (حوالي 10 أمتار) ما إذا كانت "نقية" أو "معالجة". أظهرت الملاحظات السابقة للأقراص حول النجوم الشابة وجود خليط من المواد البكر والمعالجة ، ولكن كان من المستحيل حتى الآن معرفة مكان الحبوب المختلفة في القرص.
بفضل الزيادة بمقدار مئة ضعف في الدقة الزاوية مع VLTI وأداة MIDI شديدة الحساسية ، فإن أطياف الأشعة تحت الحمراء التفصيلية للمناطق المختلفة لأقراص الكواكب الأولية حول ثلاث نجوم حديثة الولادة ، عمرها بضعة ملايين من السنين فقط ، تظهر الآن أن الغبار قريب من النجم أكثر معالجة من الغبار في مناطق القرص الخارجي. في نجمتين (HD 144432 و HD 163296) ، تتم معالجة الغبار الموجود في القرص الداخلي إلى حد ما ، في حين أن الغبار الموجود على القرص الخارجي يكاد يكون نقيًا. في النجم الثالث (HD 142527) تتم معالجة الغبار في القرص بأكمله. في المنطقة الوسطى من هذا القرص ، تتم معالجته للغاية ، بما يتوافق مع الغبار البلوري تمامًا.
وبالتالي ، هناك استنتاج مهم من ملاحظات VLTI هو أن اللبنات الأساسية للكواكب الشبيهة بالأرض موجودة في الأقراص المحيطة بالنجوم منذ البداية. هذا له أهمية كبيرة لأنه يشير إلى أن الكواكب من النوع الأرضي (الصخري) مثل الأرض هي على الأرجح شائعة جدًا في الأنظمة الكوكبية ، أيضًا خارج النظام الشمسي.
المذنبات البكر
الملاحظات الحالية لها أيضا آثار على دراسة المذنبات. تحتوي بعض - ربما كل - المذنبات في النظام الشمسي على كل من الغبار البكر (غير المتبلور) والغبار المعالج (البلوري). تشكلت المذنبات بالتأكيد على مسافات كبيرة من الشمس ، في المناطق الخارجية من النظام الشمسي حيث كانت دائمًا باردة جدًا. لذلك ليس من الواضح كيف يمكن أن تنتهي حبيبات الغبار في المذنبات.
في إحدى النظريات ، يتم نقل الغبار المعالج إلى الخارج من الشمس الصغيرة عن طريق الاضطراب في القرص الدائري الكثيفة إلى حد ما. تدعي نظريات أخرى أن الغبار المعالج في المذنبات تم إنتاجه محليًا في المناطق الباردة لفترة أطول بكثير ، ربما عن طريق موجات الصدمة أو صواعق البرق في القرص ، أو عن طريق الاصطدام المتكرر بين الأجزاء الأكبر.
يستنتج الفريق الحالي من علماء الفلك أن النظرية الأولى هي التفسير الأكثر ترجيحًا لوجود الغبار المعالج في المذنبات. وهذا يعني أيضًا أن المذنبات طويلة الأمد التي تزورنا أحيانًا من الروافد الخارجية لنظامنا الشمسي هي بالفعل أجسام نقية ، يعود تاريخها إلى عصر لم تكن فيه الأرض والكواكب الأخرى قد تشكلت بعد.
وبالتالي ، فإن دراسات هذه المذنبات ، خاصة عند إجرائها في الموقع ، ستوفر وصولًا مباشرًا إلى المادة الأصلية التي تشكل منها النظام الشمسي.
معلومات اكثر
النتائج الواردة في هذا ESO PR معروضة بمزيد من التفصيل في ورقة بحثية "اللبنات الأساسية للكواكب داخل المنطقة" الأرضية "للأقراص الكواكب الأولية" ، بقلم روي فان بويكل والمؤلفين المشاركين (الطبيعة ، 25 نوفمبر 2004). تم عمل الملاحظات في سياق برنامج ESO التجريبي العلمي المبكر.
ملاحظات
[1]: صدر هذا البيان الصحفي ESO بالتعاون مع المعهد الفلكي بجامعة أمستردام ، هولندا (NOVA PR) ومعهد ماكس بلانك الفلكي (Heidelberg ، ألمانيا (MPG PR).
[2]: يتألف الفريق من روي فان بويكل وميشيل مين ورينز ووترز وكارستين دومينيك وأليكس دي كوتر (المعهد الفلكي بجامعة أمستردام بهولندا) وكريستوف لينرت وأوليفييه تشيسنو وأوي جراسر وتوماس هينينج ورينر ك. ؟ hler و Frank Przygodda (معهد ماكس بلانك للفلك الفلكي ، هايدلبرغ ، ألمانيا) ، أندريا ريتشيشي ، سيباستيان موريل ، فرانشيسكو بريسسي ، ماركوس شيلر وماركوس ويتكوسكي (ESO) ، والتر جافي وجيروين دي جونغ (مرصد ليدن) (هولندا) ، آن دوتري وفابيان مالبيت (مرصد بوردو ، فرنسا) ، برونو لوبيز (مرصد كوت دازور ، نيس ، فرنسا) ، غاي بيرين (ليسيا ، مرصد باريس ، فرنسا) وتوماس بريبش (ماكس -Planck-Institut f؟ r Radioastronomie، Bonn، Germany).
[3]: أداة MIDI هي نتيجة للتعاون بين المعاهد الألمانية والهولندية والفرنسية. راجع ESO PR 17/03 و ESO PR 25/02 لمزيد من المعلومات.
المصدر الأصلي: ESO News Release
